納米羥基磷灰石制備方法及應用
賴榮輝
西南民族大學化學與環境保護工程學院高分子化學與物理
摘要
羥基磷灰石（HA）具有良好的生物相容性和生物活性 ，被廣泛的應用于骨修復和藥物載體中。但是其本身容易團聚，而形成較大的晶體，使得其生物學性能下降。合成納米級的羥基磷灰石，使得羥基磷灰石具有較大的比表面積，而具有較好的生物學性能。本文綜述了近年來合成納米羥基磷灰石的進展和幾種主要的合成方法包括：水熱法、超聲法、溶膠-凝膠法、自燃燒法。并對納米羥基磷灰石的一些改性方法做了簡述。最后還對納米羥基磷灰石的一些應用做了簡述。
關鍵詞：羥基磷灰石;制備方法;生物材料;納米晶體
0 前言
羥基磷灰石，英文名Hydroxyapatite（HA）,其化學式為Ca10(PO4)6(OH)2作為一種現代的納米生物材料，是動物和人體骨骼和牙齒的主要無機成分，具有良好的生物相容性。故常用作骨修復材料和藥物載體[1]
1 納米羥基磷灰石的合成方法
一、自燃燒法
自燃燒法是一種利用硝酸鹽與羧酸反應，在低溫下實現原位氧化、自發燃燒、快速合成產物前驅體粉末的方法[2]。王欣宇等[3, 4]通過自燃燒法投制備納米羥基磷灰石粉，他們結合絡合物機理和氧化還原反應機理，以檸檬酸為絡合劑并通過其具有還原性與硝酸鹽混合均勻后進行充分絡合，在加熱條件下就會發生氧化還原反應，在較低的溫度下就可以燃燒。其反應方程式如下：
C6H8O7 + Ca2 + = C6H6O7Ca + 2H+ （l）
5C6H6O7Ca + l8NO3- + l8H+ = 30CO2 +9N2 + 24H2O + 5CaO （2）
9Ca(NO3)2+ 5C6H8O7 = 30CO2 + 9N2 +20H2O + 9CaO （3）
王欣宇等最后所得的自燃燒法制備納米羥基磷灰石的最佳條件為n（H2O）: n（Ca2+）= 30 ~ 35時，可使自燃燒反應進行，反應時間短。對于該反應體系pH的最佳范圍為2 ~ 3。最佳的加熱溫度為80℃，自燃燒產物粉末煅燒的最佳溫度為750℃。采用上述最佳工藝條件制備出的HAP 粉末，經超聲分散，分散介質為水，然后用粒度分析儀測定粉末的二次平均粒徑為494.6±l0.l nm。可見，雖然他們得到了納米級的羥基磷灰石，但是其平均粒徑對于現在的臨床研究來說仍然太大了，并且在自燃燒法的反應過程復雜，過程的煅燒溫度750℃過高，不利于控制。
二、水熱法
水熱法是在特定的密閉容器（高壓釜）里，用水溶液作反應介質，通過對反應容器加熱，創造一個高溫、高壓的反應環境，使得通常難溶或不溶的物質溶解并且重結晶，從而得到納米結構的晶體。其優點是可以通過控制水熱條件（溫度、反應時間、前驅物形式等）面得到不同的粉體晶粒物相和形貌[5]，徐光亮, 聶軼霞[5]等人利用CaCO3和CaHPO4·2H2O
按一定的n(Ca)/n(P)混合在高溫高壓下合成納米羥基磷灰石，并且通改變反應的條件：前驅物配比、水熱反應溫度、以用反應時間等來研究羥基磷灰石合成的最佳反應條件。對于水熱法，仍存在一些缺點，因為水熱反應耍要在一個高溫高壓的反應條件下進行，過程不易控制。并且，反應時間耍8h以上才能達到最佳反應，反應時間過長。
另，據報道，任強，羅宏杰等[6]人通過低溫燃燒／水熱法聯合法制備了納米羥基磷灰石。該方法充分發揮了低溫燃燒法(LCS)和水熱法的優勢，具有制備溫度低、反應速度快、制備效率高以及粉體的純度高、粒度小(40 nm～80 nm)且均勻等優點。該次實驗主要用Ca(NO)2, (NH4)2HPO4和檸檬酸(C6H8O7H2O)，通過羥基磷灰石中的Ca : P = 5:3，并根據燃燒化學基本理論來參加反應。該實驗的主要環節是反應溫度的確定和硝酸鈣與磷酸氫二銨和檸檬酸的比例，其最佳比例為Ca(NO3)2·4H2O : (NH4)2HPO4 : C6H8O7·H2O = 5 : 3 : 2.2。實驗的具體過程是：
A、燃燒部分 將原料按一定配比并加入助燃劑NH4NO315％(質量分數)，在燒杯中用20％(質量分數)左右的濃硝酸(分析純)溶解，經10min~15 min超聲分散至溶液透明。然后將燒杯移入300℃恒溫的馬弗爐中，這時可觀察到：首先溶液揮發并產生大量氣泡，在短
時間內濃縮、起火燃燒，產生亮紅色火焰，同時釋放出大量氣體。燃燒過程持續10 s~20 s，得到的燃燒產物是蘑菇云狀白色泡沫疏松體。
B、水熱處理部分 將燃燒產物研細后移至水熱釜中，并加入適量的去離子水和氨水，調整液體的pH=12～13，然后在200℃下水熱處理1 h～2 h。試樣經干燥后即得到HAP白色粉體。
任強等根據化學熱力學和動力學的有關理論，以及試驗過程中觀察到的現象和實驗結果，初步認為：在液體的加熱過程中首先發生的反應是：
9Ca(NO3)2+5C6H8O7=30CO2+9N2+20H2O+9CaO (4)
2(NH4)2HPO4=4NH3+P2O5+3H2O (5)
反應(4)，(5)均為放熱反應，產物中的NH3在400℃以上發生氧化反應也是放熱反應。隨著反應的進行體系的溫度不斷提高，反應產物中的CaO和P2O5發生下列反應：
3CaO+P2O5=Ca3(PO4)2 (6)
2CaO+P2O5=Ca2P2O7 (7)
在高溫下反應(6)，(7)的產物Ca3(PO4)2和Ca2P2O7分別與CaO，H2O發生反應，產物為HAP，反應式：
3Ca3(PO4)2+CaO+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2 (8)
3Ca2P2)7+4CaO+H2O=Ca10(PO4)6(OH)2 (9)
最后得到的燃燒部分得到產物的相組成為：HAP，Ca3(PO4)2，Ca2P2O7和少量CaO。
三、溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是通過羥基磷灰石的前驅體：鈣源和磷源，通過緩慢滴加并加以劇烈攪拌，讓反應后的HA能夠高度分散于液相中，從而形成膠體。因為膠體體系的顆粒為納米級，故可以得到納米級的HA。
